CN108871809A - 一种汽车车轮安全性能动态监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车车轮安全性能动态监测方法及系统，所述方法包括：通过组合传感器分别感知悬挂的三维加速度及车身和车轮的三维加速度、三维角速度、三维地磁强度及轮胎压力温度；利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数计算获得车身运动姿态参数；利用车轮三维加速度参数、车轮三维角速度参数和车轮三维地磁强度参数计算获得车轮运动姿态参数；利用车身运动姿态参数、车轮运动姿态参数、悬挂垂向加速度计算获得车轮负荷参数；利用车轮加速度传感器输出信号，经信号处理获得车轮制动参数；将车轮运动姿态、车轮动载荷、车轮制动及轮胎压力温度的数据进行融合获得车轮安全性能的变化趋势。所述系统包括车轮传感模块、车身传感模块、悬挂传感模块及车内中央控制模块。

Description

一种汽车车轮安全性能动态监测方法及系统

技术领域

本发明涉及机动车运行安全性能检测技术领域，尤其涉及一种汽车车轮安全性能动态监测方法及系统。

背景技术

机动车运行安全性能检测是保证机动车安全行驶的重要手段，采用机动车运行安全性能动态检测技术对机动车运行安全状态和运行指标进行检测，及时发现和预防机动车故障，对机动车安全运行具有重要意义；它是关系到国家和人民生命财产安全的一项重大的社会公益技术工作，是保障机动车辆运行安全重要的技术支撑，是政府管理部门对机动车安全运行的非常重要的技术保障；它不仅能提高机动车安全运行的技术保障能力和减少交通事故，而且对促进机动车工业及交通运输事业的发展有重大意义。

车轮是在汽车行驶过程中唯一与地面接触部件，承担整车载荷、驱动、制动、转向等功能，对汽车的安全行驶最为重要，是汽车安全行驶的第一道防线。车轮运动姿态直接反映车轮承载位置、磨损、甩脱、侧向移动、方向偏离状态，车轮的四轮定位状态对于汽车行驶的稳定性和安全性、汽车的磨损和油耗、车辆的转向以及车轮自动回正的性能都有十分重要的作用；轮胎气压形成轮胎的强度，是轮胎的生命，轮胎气压过高或过低都容易造成爆胎，保证气压是轮胎安全行驶的先决条件；轮胎负荷是轮胎关键安全性能指标，有严格标准限值，当轮胎承受的负荷超过轮胎的负荷能力，轮胎就会丧失承载、驱动、制动、转向等其他功能，引发爆胎等恶性交通事故。在车辆行驶过程中，轮胎承担的负荷是动态变化的，轮胎负荷受到车身姿态角(侧倾角、俯仰角)、车身加速度(前向加速度、侧向加速度、垂向加速度)、车轮垂向加速度、悬挂垂向加速度以及结构位置等参数影响；轮胎负荷是剧烈变化、难以预测的参数，动态变化的轮胎负荷使四轮承载无法均匀，在制动过程中，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70％－80％，四轮中最大承载负荷的轮胎的峰值负荷往往会超过该轮胎负荷能力、偏离安全指标、丧失承载功能引发爆胎等故障，不但在整车超载状态下，而且在非高速行驶、整车非超载状态下都会随时发生影响生命安全的交通事故；车轮制动性能则是在非高速行驶状态下随时会影响生命安全的另一突发因素,是汽车行驶车轮安全性能的一项极其重要指标。对于在最危急情况和复杂环境下所使用和表现的制动性能，平常不可能进行重复实践和状态体验。车轮运动姿态、车轮负荷、车轮制动性能在行驶过程中受种种因素影响会发生变化，甚至发生较大的变化却不得而知，平常程度的指标偏离可能不易引起注意，未能及时采取预防措施，这就是为什么车轮故障引发的交通事故如同突发性的矿难、洪水一样难以预防的原因。因此，监测车轮安全性能参数能够真实、动态地反映车轮在行驶过程中的安全运行状态。

现有的车轮安全性能检测方法监测参数不能适应车轮安全性能全面监测的要求，仅单独测量轮胎气压等参数，没有全面测量真实、动态地反映车轮安全运行状态的车轮运动姿态、动载荷、制动参数、轮胎压力温度参数，无法准确获得汽车行驶过程中车轮的安全性能；从而无法有效监测车轮安全状态，不利于对运行过程中车轮安全状态的预测与评估。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种汽车车轮安全性能动态监测方法及系统。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

汽车车轮安全性能动态监测方法，包括：

A通过组合传感器分别感知悬挂的三维加速度及车身和车轮的三维加速度、三维角速度与三维地磁强度，以及轮胎压力温度；

B利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数计算获得车身运动姿态参数；

C利用车轮三维加速度参数、车轮三维角速度参数和车轮三维地磁强度参数计算获得车轮运动姿态参数；

D利用车身运动姿态参数、车轮运动姿态参数、悬挂垂向加速度计算获得车轮负荷参数；

E利用车轮加速度传感器输出信号，经信号处理获得车轮制动参数；

F将车轮运动姿态参数、车轮动载荷参数、车轮制动参数及轮胎压力温度参数数据进行融合分析获得车轮安全性能的变化趋势。

汽车车轮安全性能动态监测系统，包括：

车轮传感模块、车身传感模块、悬挂传感模块及车内中央控制模块；所述

车轮传感模块，分体式方式安装在车轮轮毂和气门嘴，用于感知车轮的三维加速度、三维角速度、三维地磁强度及轮胎压力温度；

车身传感模块安装在车辆质心位置，用于感知车身的三维加速度、三维角速度与三维地磁强度；

悬挂传感模块安装在车轮上方悬架上，用于感知悬挂三维加速度；

车内中央控制模块安装于车内，通过无线射频与所述车轮传感模块实现双向通讯；以及

通过CAN总线与车身传感模块、悬挂传感模块实现双向通讯。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

1、通过应用组合传感器测量技术，实现在行驶过程中对汽车车轮安全性能的实时监测。

2、检测参数全面，包括车轮运动姿态、车轮负荷、车轮制动和轮胎压力温度参数。

3、基于组合传感器汽车车轮安全性能动态方法通过建立车轮运动姿态、动载荷、制动参数、轮胎压力温度参数信息之间的关联性可获得现有的机动车安全性能检测无法测量的参数，车轮运动姿态、动载荷、制动参数、轮胎压力温度参数信息可以真实、动态地反映车轮安全运行状态，比以往更加全面、科学。

4、车轮是在汽车行驶过程中唯一与地面接触部件，承担整车载荷、驱动、制动、转向等功能，对汽车的安全行驶最为重要，是汽车安全行驶的第一道防线。监测车轮运动姿态、负荷、制动性能、气压等安全性能参数能够真实、动态地反映车轮在行驶过程中的安全运行状态。

5、通过分析预测程序将车轮安全性能数据与其历史数据分析比较，获得车轮安全性能的变化趋势，增加对车轮安全性能的预测功能，形成一个完整、相对独立的测量平台，并能够提供统一数据接口模式供有关政府管理部门加以应用。

附图说明

图1是汽车车轮安全性能动态监测方法流程图；

图2是汽车车轮安全性能动态监测系统整体布置图；

图3是汽车车轮安全性能动态监测系统车轮测量模块安装示意图；

图4是汽车车轮安全性能动态监测系统悬挂测量模块安装示意图；

图5是汽车车轮安全性能动态监测系统车身测量模块安装示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，为汽车车轮安全性能动态监测方法流程，该方法包括如下步骤：

步骤101通过组合传感器分别感知悬挂的三维加速度及车身和车轮的三维加速度、三维角速度与三维地磁强度，以及轮胎压力温度；

步骤102利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数计算获得车身运动姿态参数；

步骤103利用车轮三维加速度参数、车轮三维角速度参数和车轮三维地磁强度参数计算获得车轮运动姿态参数；

步骤104利用车身运动姿态参数、车轮运动姿态参数、悬挂垂向加速度计算获得车轮负荷参数；

步骤105利用车轮加速度传感器输出信号，经信号处理获得车轮制动参数；

F步骤106将车轮运动姿态参数、车轮动载荷参数、车轮制动参数及轮胎压力温度参数数据进行融合分析获得车轮安全性能的变化趋势。

上述步骤101中组合传感器包括：车身传感模块、悬挂传感模块和车轮传感模块；所述

车身传感模块包括三轴加速度计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计；并通过三轴加速度计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身三维加速度、车身三维角速度及车身三维地磁强度；

悬挂传感模块包括三轴加速度计，并通过三轴加速度计感知悬挂的三维加速度；

车轮传感模块包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计及压力温度传感器；并通过三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计及压力温度传感器分别感知车轮三维加速度、车轮三维角速度、车轮三维地磁强度及轮胎压力温度。

车身三维加速度参数包括：车身纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；

车身三维角速度参数包括：车身侧倾角速度、俯仰角速度和车身横摆角速度；

悬挂三维加速度参数包括：悬挂纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度。

车轮三维加速度参数包括：车轮切向加速度、侧向加速度和向心加速度；

车轮三维角速度参数包括：车轮侧倾角速度、旋转角速度和航向角速度；

上述步骤102中车身运动姿态参数包括：车身侧倾角、车身俯仰角；

上述步骤103中车轮运动姿态参数包括：车轮侧倾角、车轮旋转角、车轮航向角、车轮垂向加速度、车轮三维加速度和车轮三维角速度；

上述步骤104中车轮负荷参数包括：车轮负荷；

上述步骤105中车轮制动参数包括：车轮制动减速度和左右车轮制动减速度平衡的不相等度。

如图2所示为汽车车轮安全性能动态监测系统整体结构图，包括前轮1、车轮传感模块2、悬挂传感模块3、车身传感模块4及车内中央控制模块5，其中车轮传感模块用分体方式安装在车轮轮毂和气门嘴，悬挂传感模块3安装在车轮上方位悬架上，车身传感模块4安装在车辆质心位置，车内中央控制模块5安装于车内；车轮传感模块2与车内中央控制模块5之间通过无线射频实现双向通讯，悬挂传感模块3与车内中央控制模块5之间通过CAN总线双向通信，车身传感模块3与车内中央控制模块5之间通过CAN总线双向通信。

参见图3为汽车车轮安全性能动态监测系统车轮传感模块安装示意图，包括传感器单元2-1、传感电路单元2-2；传感器单元2-1粘贴在车轮轮毂赤道面的表面上，传感电路单元2-2用螺纹方式安装在气门嘴的芯杆上，传感器单元2-1的安装要求：加速度计和陀螺仪的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向轮毂切线方向、轮毂的侧向、轮毂的轴心方向；磁感应计的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向轮毂的侧向、轮毂切线方向、轮毂轴心的反方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。

参见图4，悬挂传感模块安装在车轮上方位悬架上，悬挂传感模块的安装要求：加速度计的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向车身前进方向、驾驶员左侧方向、垂直向上方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。

参见图5，车身传感模块安装在车辆质心位置，车身传感模块的安装要求：加速度计和陀螺仪的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向车身前进方向、驾驶员左侧方向、垂直向上方向；磁感应计的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向驾驶员左侧方向、前进方向、垂直地心方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种汽车车轮安全性能动态监测方法，其特征在于，所述方法包括：

A通过组合传感器分别感知悬挂的三维加速度及车身和车轮的三维加速度、三维角速度与三维地磁强度，以及轮胎压力温度；

B利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数计算获得车身运动姿态参数；

C利用车轮三维加速度参数、车轮三维角速度参数和车轮三维地磁强度参数计算获得车轮运动姿态参数；

D利用车身运动姿态参数、车轮运动姿态参数、悬挂垂向加速度计算获得车轮负荷参数；

E利用车轮加速度传感器输出信号，经信号处理获得车轮制动参数；

F将车轮运动姿态参数、车轮动载荷参数、车轮制动参数及轮胎压力温度参数数据进行融合分析获得车轮安全性能的变化趋势。

2.如权利要求1所述的汽车车轮安全性能动态监测方法，其特征在于，所述步骤A中组合传感器包括：车身传感模块、悬挂传感模块和车轮传感模块；所述

车身传感模块包括三轴加速度计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计；并通过三轴加速度计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身三维加速度、车身三维角速度及车身三维地磁强度；

悬挂传感模块包括三轴加速度计，并通过三轴加速度计感知悬挂的三维加速度；

车轮传感模块包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计及压力温度传感器；并通过三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计及压力温度传感器分别感知车轮三维加速度、车轮三维角速度、车轮三维地磁强度及轮胎压力温度。

3.如权利要求1所述的汽车车轮安全性能动态监测方法，其特征在于，所述

车轮安全性能包括：车轮运动姿态、车轮负荷、车轮制动和轮胎压力温度；

车轮运动姿态参数包括：车轮侧倾角、车轮旋转角、车轮航向角、车轮垂向加速度、车轮三维加速度和车轮三维角速度；

车轮负荷参数包括：车轮负荷；

车轮制动参数包括：车轮制动减速度和左右车轮制动减速度平衡的不相等度；

轮胎压力温度参数包括：轮胎压力和轮胎温度；

车轮三维加速度参数包括：车轮切向加速度、侧向加速度和向心加速度；

车轮三维角速度参数包括：车轮侧倾角速度、旋转角速度和航向角速度；

车轮运动姿态参数包括：车身侧倾角和车身俯仰角；

车身三维加速度参数包括：车身纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；

车身三维角速度参数包括：车身侧倾角速度、俯仰角速度和车身横摆角速度；

悬挂三维加速度参数包括：悬挂纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度。

4.一种汽车车轮安全性能动态监测系统，其特征在于，所述系统包括：车轮传感模块、车身传感模块、悬挂传感模块及车内中央控制模块；所述

车轮传感模块，分体式方式安装在车轮轮毂和气门嘴，用于感知车轮的三维加速度、三维角速度、三维地磁强度及轮胎压力温度；

车身传感模块安装在车辆质心位置，用于感知车身的三维加速度、三维角速度与三维地磁强度；

悬挂传感模块安装在车轮上方悬架上，用于感知悬挂三维加速度；

车内中央控制模块安装于车内，通过无线射频与所述车轮传感模块实现双向通讯；以及

通过CAN总线与车身传感模块、悬挂传感模块实现双向通讯。

5.如权利要求4所述的汽车车轮安全性能动态监测系统，其特征在于，所述车轮传感模块包括：传感器单元和传感电路单元；

所述传感器单元包括：加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计及压力温度传感器；

所述传感电路单元包括：传感电路和电源。